【正文】 度， 可以通過按鍵設(shè)定報警速度， 若自行車超速，系統(tǒng)發(fā)出報警提示。 3. 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用 LCD 顯示里程總數(shù)和即時速度。 2. 對脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。自行車速度的測量是通過定時器測出車輪轉(zhuǎn)一周所用的時間 t，車輪周長 L 除以時間 t 就是自行車的速度。齒輪轉(zhuǎn)動一周霍爾元件與小磁鐵靠近一次，這樣可以改變通過霍爾芯片的磁通量，霍爾芯片可以輸出類似正弦的波形，用運(yùn)放放大波形，后面接一級比較器，把正弦波轉(zhuǎn)換為方波，方波的頻率和齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。里程及速度的測量，是經(jīng)過 MCS51的定時 /計數(shù)器測出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時間，再經(jīng)過一系列的計算得出的，其結(jié)果通過顯示器顯示出來。 軟件設(shè)計包括：芯片的初始化程序、定時中斷采樣子程序、顯示子程序等，軟件采用 C 語言編寫，軟件設(shè)計的思想主要是自頂向下，模 塊化設(shè)計，各個子模塊逐一設(shè)計。 本文首 先扼要對該課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計；繼而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計，包括傳感器的選擇、單片機(jī)的選擇、顯示電路的設(shè)計；然后闡述了該自行車的速度里程表的軟件設(shè)計，包括數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計、顯示子程序的設(shè)計；最后針對仿真過程遇到的問題進(jìn)行了具體說明與分析，對本次設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。 課題的主要任務(wù)及內(nèi)容 本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、單片機(jī)等部件設(shè)計一個可用 LCD 液晶 實(shí)時顯示里程和速度的自行車的速度里程表。 單片微型計算機(jī)自 1976 年問世以來發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已成為微型計算機(jī)一個很重要的分支，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)對人類產(chǎn)生了巨大的影響，尤其是美國 Intel 公司的 MCS—51 系列單片機(jī)，由于其集成度高、處理功能強(qiáng)、性能價格比高、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以靈活的與其他芯片組成眾多的測量電路用于速度、溫度、深度、高度、濕度、光強(qiáng)等方面的測 量和研究等特點(diǎn)，在我國現(xiàn)代化生活、生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，如在工業(yè)檢測控制、儀器儀表、電子工業(yè)、機(jī)電一體化等眾多領(lǐng)域取得了令人矚目的成果。自行車?yán)锍瘫碜鳛樽孕熊嚨囊淮筝o助工具也正是隨著這個 要求 而迅速發(fā)展的，其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時間顯示，甚至有的還具有測量騎車 人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能 。 隨著居民生活水平的不斷提高，自行車不再僅僅是普通的運(yùn)輸、代步的工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉的首選。從某種意義上來說，中國是一個自行車的王國。世界上第一批真正實(shí)用型的自行車出現(xiàn) 于 19 世紀(jì)初。 18 世紀(jì)末，法國人西夫拉克發(fā)明了最早的自行車。 1 目 錄 第 1 章 緒論 ..................................................... 3 課題產(chǎn)生的背景 .............................................. 3 課題的主要任務(wù)及內(nèi)容 ........................................ 3 第 2 章 自行車?yán)锍瘫砜傮w方案設(shè)計 ................................... 5 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn) .............................................. 5 自行車?yán)锍瘫碛布桨冈O(shè)計 .................................... 5 自行車?yán)锍瘫碥浖桨冈O(shè)計 .................................... 9 第 3 章 自行車?yán)锍瘫碛布娐吩O(shè)計 .................................. 10 概述 ....................................................... 10 傳感器及其測量系統(tǒng) ......................................... 10 芯片簡介 ................................................... 12 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計 ....................................... 18 第 4 章 自行車?yán)锍瘫碥浖绦蛟O(shè)計 .................................. 27 概述 ....................................................... 27 自行車?yán)锍瘫砜傮w程序設(shè)計 ................................... 27 中斷子程序的設(shè)計 ........................................... 27 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計 ....................................... 28 顯示子程序的設(shè)計 ........................................... 30 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 ........................................... 32 自行車?yán)锍瘫硐到y(tǒng)調(diào)試 ....................................... 32 調(diào)試故障及原因分析 ..........................錯誤 !未定義書簽。 結(jié)論 .......................................................... 34 參考文獻(xiàn) ....................................................... 35 附錄 Ⅰ 自行車?yán)锍瘫碛布到y(tǒng)原理圖 ................................ 37 2 3 第 1 章 緒論 課題產(chǎn)生的背景 自世界上第一輛自行車問世至今已有 200 多年的歷史了。這輛最早的自行車是木制的，其結(jié)構(gòu)比較簡單。在 20 世紀(jì) ,自行車在 中國獲得了前所未有的普及和發(fā)展。每天清晨和落日時分，滾滾車流在中國的城市中碾動，這是最為壯觀的一道風(fēng)景，這是一條現(xiàn)代中國流動的長城。因此，人們希望自行車的功用 更 強(qiáng)大，能給人們帶來更多的方便。 本設(shè)計采用了MCS51 系列單片機(jī)設(shè)計一種體積小、操作簡單的便攜式自行車?yán)锍?表 ，它能自動地顯示當(dāng)前自行車行走的距離及運(yùn)行的速度 。本設(shè)計利用MCS—51 系列單片機(jī)擴(kuò)展方便、可靠性能高、處理功能強(qiáng)、速度高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對自行車?yán)锍毯退俣鹊臏y量。本文主要介紹了自行車 里程表的設(shè)計思 4 想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分設(shè)計和軟件部分設(shè)計。 具體的硬件電路包括 AT89S52 單片機(jī)的外圍電路以及 LCD 顯示電路等。 5 第 2 章 自行車?yán)锍?表 總體方案設(shè)計 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn) 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是：自行車?yán)锍?表設(shè)計 其設(shè)計的任務(wù)是：以通用 MCS51 單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。 本系統(tǒng)總體思路如下：里程及速度傳感器采用霍爾元件，用一個霍爾芯片、二 個小磁鐵，霍爾芯片緊貼齒輪，磁鐵放在芯片后面。自行車?yán)锍痰臏y量是通過霍爾元件輸出端的電壓發(fā)生變化產(chǎn)生脈沖，通過計數(shù)器，根據(jù)脈沖數(shù)計算里程。 要求達(dá)到的各項指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如下： 1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號。 實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計數(shù)器 T0 對霍爾傳感器脈沖 信號進(jìn)行計數(shù)。 實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。 整個設(shè)計過程包括硬件電路的搭建，軟件的編程，系統(tǒng)的調(diào)試，調(diào)試通過后，固化程序，脫離開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行。一個向穩(wěn)定可靠，小而廉價的單片機(jī)方向發(fā)展。從組成和功能上看，它具有微型計算機(jī)的含義。 目前，單片機(jī)被廣泛的應(yīng)用于測控系統(tǒng)、工業(yè)自動化、智能儀表、集成智能傳感器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器領(lǐng)域、辦公自動化領(lǐng)域、汽車電子與航空航天器電子系統(tǒng)以及單片機(jī)的多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域。要測速，首先要解決是采樣的問題。使用單片機(jī)進(jìn)行測速，可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。 (1) 霍爾傳感器 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于信號采集的有 A44E、 CS30CS3040 等，這 類 傳感器是一個 3 端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，通常是集電極開路（ OC 門）輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。 將有字面對準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別是 電源、地 、 輸 出。如果在 齒輪盤 上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。以透射式為例，如圖 所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關(guān)管關(guān)斷，否則 導(dǎo)通 。當(dāng)葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。 8 圖 成品光電編碼器 2. 里程測量傳感器的設(shè)計 里程測量傳感器的選擇也有以下幾種 方案 ：使用光敏電阻對里程進(jìn)行測量、利用編碼器對車輪的圈數(shù)進(jìn)行測量、利用 霍爾傳感器對里程進(jìn)行測量、利用干簧管型傳感器測量里程。 方案的確定 光敏電阻對光特別敏感，當(dāng)白天行駛時，外界光源將導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯誤信號；光敏電阻對環(huán)境的要求相當(dāng)高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進(jìn)行準(zhǔn)確測量；而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復(fù)雜；霍爾元件或干簧管不但不受天氣的影響，即使被泥沙或灰塵覆蓋也不會有影響，而且安裝方便。 本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)的原理框圖 霍爾元件 單片機(jī) 存儲器 報警 LCD 顯示 9 自行車?yán)锍?表 軟件方案設(shè)計 硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。程序遵循模塊化設(shè)計的原則，采用自頂向下的設(shè)計方法。模塊化設(shè)計使程序的可讀性好、修改及完善方便。 中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號接入計數(shù)器的 T0 口，然后計數(shù)器開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到一定數(shù)目后，計數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷。 顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。 圖 軟件總體流程圖 初始化 檢測到中斷 計算速度 計算里程 顯示里程 顯示速度 開始 Y N 10 第 3 章 自行車 里程 表 硬件電路設(shè)計 概述 傳感器在人們研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)實(shí)踐活動中，起著非常重要的作用。傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種設(shè)備不可缺少的信息采集工具。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動化、醫(yī)療儀器等的飛速發(fā)展和計算機(jī)應(yīng)用的普及，需要大量的傳感器將被測或被控的非電信號轉(zhuǎn)換成可與計算機(jī)兼容的電信號。自從磁傳感器作為一種獨(dú)立產(chǎn)品進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，從 1014T 的人體磁場到高達(dá) 25T 以上的強(qiáng)磁場，都可以找到相應(yīng)的磁傳感器進(jìn)行檢測。其中最具代表的磁傳感器就是霍爾傳感器，在自動檢測系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測量工作，它的特性是霍爾傳感器輸出的脈沖信號的個數(shù)比較直接反映所測量轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)目。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合 中使用。 霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固 、 體積小 、 重量輕 、 壽命長 、 安裝方便 、 功耗小 、 頻率高（可達(dá) 1MHz） 、 耐震動 、 不怕灰塵、油污、水汽及 煙 霧等的污染或腐蝕。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件工作溫度范圍寬，可達(dá) － 55℃ ～ 150℃ 。 按被檢測對象的性質(zhì)可將它們的 應(yīng)用分為 ： 直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。 通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、 11 壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。在置于磁場中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流 I，若電流垂直磁場 B，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差 Uh，這種現(xiàn)象 稱為霍爾效應(yīng)。因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長等一系列特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于測量、自動控制及信息處理等領(lǐng)域。 XYZBILU hbd 圖 霍爾效應(yīng)原理圖 集成開關(guān)型霍爾傳感器 A44E 集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器 A、霍爾電勢發(fā)生器 (即硅霍爾片 )B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門輸出 E 五個基本部分組成，如圖 （ a） 所示。在電源端加電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差 VH 輸出，該 VH 信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn)時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài) 為關(guān) 。工作點(diǎn)與釋放點(diǎn)的差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內(nèi)， V0 保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍